Projet H2020 SENSOILS : Détection des processus du sol pour améliorer la biodisponibilité de l'azote dans les cultures
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2015 -2022
- Budget alloué 1.978.475,00 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet SENSOILS
Nous avons développé une nouvelle génération de sols artificiels capables de rendre compte de la nature des changements chimiques se produisant dans le sol en raison de l'activité biologique, en utilisant un plastique commun à faible indice de réfraction et en introduisant des fonctions à travers une fine couche de matériau fonctionnel. Pour le noyau des particules, nous avons utilisé du FEP (éthylène propylène fluoré), et le projet a identifié et synthétisé avec succès des polymères avec des fonctions adaptées à une utilisation dans les sols artificiels. Nous avons développé une nouvelle plate-forme de microscopie et de pipeline pour la fabrication de chambres de microcosme où les micro-organismes, les nutriments et autres additifs peuvent être introduits et visualisés de manière flexible in vivo et in situ. Nous avons également réalisé des avancées clés dans le développement de techniques informatiques, en proposant le premier modèle d’organe entier pour simuler la morphogenèse à une résolution cellulaire.
Grâce à ces nouvelles technologies, nous avons pu suivre le comportement des microbes du sol lors de la colonisation de la rhizosphère. Grâce à nos nouveaux systèmes d’imagerie en direct, nous avons révélé le niveau étonnant de coordination que les bactéries du sol utilisent pour naviguer dans la structure du sol et coloniser la plante hôte. Nous démontrons que les cellules bactériennes se déplacent en groupes, de manière similaire à ce qui est généralement observé chez les organismes supérieurs plus complexes, tels que les oiseaux et les poissons. Nous avons également montré que ces mouvements sont rendus possibles par la capacité des bactéries à créer des flux d’eau laminaires localisés, mais constants, à travers le sol, se déplaçant ainsi en groupes plutôt qu’individuellement.
Le projet a donné lieu à plusieurs publications notables dans des revues telles que PNAS, New Phytologist et ISME Journal, avec des publications supplémentaires encore en cours d'examen dans des revues à fort impact. Le projet a également donné un élan significatif au développement scientifique, avec de nombreux projets de suivi financés à l’échelle nationale et internationale. D’autres résultats incluent des publications dans les journaux nationaux, les médias sociaux et des travaux de scientifiques en début de carrière dans diverses institutions de recherche à travers le monde.
Le rendement des cultures qui soutiennent actuellement la population mondiale dépend fortement des produits agrochimiques (par exemple, les engrais N/P/K et les pesticides) et des variétés de cultures modernes (par exemple, les variétés de blé nain) développées à la fin du 20e siècle au détriment de la santé des sols. Dans le cadre de sa stratégie « De la ferme à la table », la Commission européenne vise à réduire les pertes de nutriments d’au moins 50 % d’ici 2030, à réduire l’utilisation d’engrais de 20 % et à améliorer simultanément la qualité des sols. Pour relever ce défi, il est urgent d’identifier des solutions durables pour la fertilité des sols et le rendement des cultures, basées sur une compréhension des processus microbiens du sol.
Dans le cadre du projet SENSOIL, nous avons testé de nouvelles idées radicales pour étudier la dynamique des racines et des microbes du sol. La recherche a démontré qu’en utilisant des sols artificiels et des technologies d’imagerie, il est possible de suivre les interactions et les associations microbiennes avec les racines des cultures, tout en observant les changements dans la composition chimique du sol. Grâce à ces nouvelles technologies, le projet a révélé de nouvelles formes de mouvement bactérien, indiquant que les migrations dans le sol pourraient être plus rapides et plus étendues que prévu, mais révélant également comment ces processus deviennent sensibles aux changements des propriétés du sol. Les découvertes du projet SENSOIL pourraient avoir un impact majeur sur notre compréhension de l’écosystème du sol, tout en aidant l’industrie des technologies agricoles à développer des solutions plus durables.
La production alimentaire repose sur l’application d’engrais azotés, qui peuvent contribuer de manière significative à la production de gaz à effet de serre et à l’eutrophisation des agroécosystèmes. Il est donc nécessaire d’optimiser l’utilisation des engrais azotés.
Le développement récent des sols transparents dans mon groupe offre un large champ de compréhension des processus impliqués dans le transport réactif des nutriments dans le sol et son interaction avec le biote du sol. Mon équipe combinera les principes de l’optique, du génie chimique, de la physique, de la chimie, de la biologie du sol et de la biologie végétale pour visualiser et caractériser le mouvement de l’azote dans le sol à l’échelle microscopique. Nous développerons une nouvelle génération d’analogues de sol transparents qui mesurent l’état biologique et chimique des sols. Cela permettra, pour la première fois, de caractériser le transport à la surface des particules du sol et d'élucider le rôle des contacts racine-particule-particule, de l'exsudation et de la transformation microbienne dans la biodisponibilité du nitrate et de l'ammonium.
L’héritage de cette recherche sera constitué de connaissances, de concepts, de systèmes de modèles de sol et d’approches d’imagerie permettant de comprendre et de prédire la biodisponibilité des nutriments dans le sol, en mettant l’accent sur la nitrification comme modèle de mouvement de l’azote dans le sol. Les technologies d’imagerie et de sol transparent seront brevetées, ce qui pourrait ouvrir la voie aux capteurs chimiques 3D et avoir des applications dans l’amélioration des cultures et le phénotypage de précision. La compréhension des mouvements des nutriments dans le sol permettra de réaliser des progrès substantiels dans le développement d’engrais plus efficaces. De nouveaux systèmes de modèles de sols pourraient être utilisés pour mieux comprendre la propagation des maladies transmises par le sol, la biorestauration des sols contaminés et les mécanismes sous-jacents à la biodiversité et à l’activité des sols.
Quatre domaines principaux du projet ont considérablement fait progresser le domaine et ont transcendé le niveau national.
Premièrement, le développement de technologies de structure cœur-coquille pour créer des particules de sol sensibles ou « sols sensibles ». Ces technologies auront un large éventail d’applications, par exemple dans la recherche scientifique, la culture et le développement d’engrais. Cela a nécessité des avancées significatives dans la science des polymères, et les techniques pourraient être utilisées dans d’autres domaines de la science et de la technologie.
Nos travaux contribuent de manière significative au domaine de la microscopie des sols. Nous avons développé un certain nombre d’approches permettant l’observation en direct des microbes du sol. Nous fabriquons de nouveaux systèmes fluidiques pour surveiller les conditions du sol au microscope.
Les travaux de modélisation informatique pour simuler le développement des racines dans le sol sont extrêmement prometteurs. Nous envisageons la possibilité d’effectuer des simulations racinaires complètes à résolution cellulaire tout en modélisant simultanément le sol au niveau des particules. Le modèle et les algorithmes sont implémentés dans DualSPHysics, un outil de simulation communautaire open source.
Les travaux axés sur la compréhension des facteurs qui affectent l’activité microbienne dans la rhizosphère bénéficient, et commencent seulement à bénéficier, du développement technologique du projet. En particulier, nous espérons pouvoir quantifier avec précision le coefficient de mobilité des microbes du sol entourant les racines des plantes et prédire ce qui contribue au maintien de certains microbes dans la rhizosphère.
- NEIKER-INSTITUTO VASCO DE INVESTIGACION Y DESARROLLO AGRARIO SA (NEIKER)
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